JP4882312B2 - フッ素樹脂被覆部材の製造方法 - Google Patents
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Description
一方、フッ素樹脂コート材料は、塗布技術により、種々の形状に加工することが容易であると言う長所を持っているが、材料特性としては、粉末の焼成体である為、バルクのフッ素樹脂と比較して耐磨耗性等が低いと言う短所を持っている。
<フッ素樹脂被覆部材及びその製造方法>
本発明のフッ素樹脂被覆部材は、基体と、前記基体上に設けられた平均粒径が異なる2種のフッ素樹脂粒子を焼結して得られた離型層と、を少なくとも有し、前記離型層の膜密度を98%以上、且つ前記離型層の膜厚が20〜60μmとしたものである。
離型層の膜密度を98%以上とすることにより、平均粒径が異なる2種のフッ素樹脂粒子を焼結して得られた離型層の耐摩耗性をバルクのフッ素樹脂を加工して得られる離型層の耐摩耗性と同等にすることができる。離型層の膜密度が98%未満であると、フッ素樹脂粒子同士の結合力が弱くなり、離型層の強度や耐磨耗性の低下が起こることがある。
離型層の膜密度は98.5%以上が好ましく、99%以上がさらに好ましい。
本発明に係る基体の形状、素材等は特に限定されるものではないが、本発明のフッ素樹脂被覆部材を定着装置を構成する加熱部材及び/又は加圧部材として用いる場合、該基体として円筒状芯金又は無端ベルトが用いられる。
例えば、定着装置として使用する際の所望Nip幅に基づいて外径を決定することができる。また、例えば加熱部材として使用する際には、円筒状芯金の肉厚は加熱部材のウォームアップタイム短縮の観点から、定着装置として使用する際の所望Nip圧力に耐えうる範囲で最低とすることが望ましい。
上記の高分子フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル類、ポリカーボネイト類、ポリイミド類、ポリフッ化ビニルやポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系ポリマー類、ナイロン等のポリアミド類、ポリスチレンやポリアクリル類、ポリエチレンやポリプロピレン類、ポリ酢酸セルロース類等のセルロース変性物類、ポリサルホン類、ポリキシリレン類、ポリアセタール類等のシート状あるいはクロス状成形物等を挙げることができ、更には汎用高分子シートにフッ素系、シリコーン系、架橋性ポリマー等の耐熱樹脂層を積層して得られた高分子複合化物を挙げることができる。
これらの中でも、無端ベルトは、耐熱性樹脂からなることが好適である。
更に、上記の高分子フィルムの他に、例えばコンデンサー紙、グラシン紙等の紙類や、セラミックス系フィルムや、ガラス繊維でクロス状に成形したガラス繊維フィルムや、ステンレスフィルムや、ニッケルフィルム等の金属フィルムが使用できる。
プライマー層を構成する材料としては、プライマー:902YL(三井デュポンフロロケミカル社製)、PRM067(三井デュポンフロロケミカル社製)等が挙げられる。
プライマー層の厚みは、0.05〜2.0μmが好ましく、0.1〜0.5μmがさらに好ましい。
平均粒径が異なる2種のフッ素樹脂粒子の平均粒径としては、0.1〜30μmが好ましく、より好ましくは、0.1〜15μm、さらに好ましくは0.1〜10μmである。
なお、本発明において「平均粒径」とは特に指定のない限り体積平均粒子径のことをいう。
うねりのない、平滑な離型層(表面層)を形成する観点からは溶融粘度の低く及び/又は融けやすい小粒径フッ素樹脂粒子を使用することがよいが、小粒径フッ素樹脂粒子のみを使い、1回の製膜工程で20μm以上の厚みの塗膜(表面層)を形成しようとすると、クラックを生じるという問題がある。表面層(フッ素樹脂膜)の厚みが小さすぎると、長期の使用により摩耗して耐久性が損なわれることがある。
粒径の異なる2種のフッ素樹脂粒子(大粒径フッ素樹脂粒子及び小粒径フッ素樹脂微粒子)の粒径、配合比を適宜調節することにより、1回の製膜工程で表面層(フッ素樹脂膜)の膜厚を約60μm程度まで確保でき、低コスト化が実現可能である。
一方、大粒径フッ素樹脂粒子の平均粒径が15μmより大きく、30質量部より多い場合、焼成の際に大粒径フッ素樹脂粒子が完全に融けられず表面層(フッ素樹脂膜)表面に融けきれない大粒径フッ素樹脂によるうねり(鈍角凸)を生じることがある。
さらに表面層のうねりをより改善する観点から、粒径の異なる2種のフッ素樹脂粒子は、共に380℃での溶融粘度が15×104ポイズ(1.5×104Pa・s)以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは10×104ポイズ(1.0×104Pa・s)以下、最も好ましくは5×104ポイズ(0.5×104Pa・s)以下である。フッ素樹脂粒子の380℃での溶融粘度が15×104ポイズを超えると、融けたフッ素樹脂が広がることができず、表面層の表面にうねりが発生することがある。
その中でも、より好ましくはBaSO4、ゼオライト、酸化ケイ素、酸化スズ、酸化銅、酸化鉄、酸化ジルコニウム、ITO(錫ドープ酸化インジウム)、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化チタン及びマイカからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくは、BaSO4、ゼオライト及びマイカからなる群より選ばれる少なくとも1種である。さらにより好ましくは、BaSO4あるいはゼオライトであり、特に好ましいのはBaSO4である。
フッ素樹脂粒子及び必要に応じて用いられるフィラーを液状媒体中に分散させるために、界面活性剤を使用することが好ましい。界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤及びノニオン系界面活性剤が好ましい。これらの界面活性剤は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。これらの中でも、ノニオン系界面活性剤が特に好ましい。界面活性剤の使用量は特に限定されないが、通常は、フッ素樹脂粒子及び必要に応じて用いられるフィラーを液状媒体中に均一に分散し得る量比で用いられる。
また、膜厚の制御および塗布を容易にするため、増粘剤を使用することもできる。増粘剤の使用量は特に限定されない。塗布を容易にするために塗布方法によって増粘剤の使用量を調整することができる。
基体とフッ素樹脂塗料との間に逆電位を与え、静電気力により基体上にフッ素樹脂塗料を付着・塗布することができる。
本発明の定着装置は、加熱部材と前記加熱部材に圧接する加圧部材とを含む一対の定着ユニットを有し、前記加熱部材と前記加圧部材とにより形成されるニップ域に未定着トナー像を保持する記録材を通過させ、熱および圧力によって定着を行なう定着装置であって、前記加熱部材及び前記加圧部材の少なくとも一方が本発明のフッ素樹脂被覆部材を用いたものである。
加熱部材及び加圧部材の少なくとも一方に本発明のフッ素樹脂被覆部材を用いることにより、定着装置の故障の発生を減らすことができる。
図1は、本発明の第一実施形態に係る定着装置である加熱ロール型定着装置の概略構成図を示す。図1に示す加熱ロール型定着装置は、定着ユニットとして、加熱ロール1及び加圧ロール2が対向して設けられ、圧接してニップが形成されている。
加熱ロール1は、内部にヒーターランプ1dを有する金属製の中空芯金コア1aに弾性体層1b及びフッ素樹脂よりなる離型層1cが順次形成された本発明のフッ素樹脂被覆部材である。加熱ロール1の外周には、加熱ロール1表面をクリーニングするためのクリーニング装置5と、加熱ロール1表面に補助的な加熱を行う外部加熱装置6と、定着後の記録媒体3を剥離するための剥離爪7と、加熱ロール1表面の温度を制御するための温度センサー8が設けられている。
加圧ロール2は、内部にヒーターランプ2dを有する金属製の中空芯金コア2aに弾性体層2bおよび離型層2cが順次形成されてなる。加圧ロール2の外周には、定着後の記録媒体3を剥離するための剥離爪7と、加圧ロール2表面の温度を制御するための温度センサー8が設けられている。
加熱ロール1と加圧ロール2とが形成するニップ域に、未定着トナー4が形成された記録材3を通過させることで、未定着トナー4を定着させることができる。
第二実施形態に係る定着装置においては、加圧ベルト13として本発明のフッ素樹脂被覆部材を用いたが、加熱ロール1に本発明のフッ素樹脂被覆部材を用いてもよいし、加熱ロール1及び加圧ベルト13の両方に本発明のフッ素樹脂被覆部材を用いてもよい。
さらに加熱ベルト30の内側には、加熱ベルト30のニップ部を加熱するためのヒータランプ32が配されている。
以下、本発明の定着装置を備えた画像形成装置(本発明の画像形成装置)について、図面を参照して、説明する。本発明の画像形成装置は、少なくとも、記録媒体に未定着トナー像を担持させるトナー像形成部と、本発明の定着装置と、を備えるものである。
図6は、本発明の第一実施形態に係る画像形成装置の概略構成図を示す。図6に示す画像形成装置200は、電子写真感光体207と、電子写真感光体207を接触帯電方式により帯電させる帯電装置208と、帯電装置208に接続された電源209と、帯電装置208により帯電される電子写真感光体207を露光して静電潜像を形成する露光装置2
10と、露光装置210により形成された静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置211と、現像装置211により形成されたトナー像を被転写媒体に転写する転写装置212と、クリーニング装置213と、除電器214と、本発明の定着装置215とを備える。なお、図6には示していないが、トナーを現像装置211に供給するトナー供給装置も備えている。また、本実施形態とは別の実施形態において、除電器214が設けられていなくてもよい。
電子写真感光体207と、帯電装置208と、電源209と、露光装置210と、現像装置211と、転写装置212と、クリーニング装置213と、除電器214と、によりトナー像形成部が構成される。
図7は、本発明の第二実施形態に係る画像形成装置の概略構成図を示す。図7に示す画像形成装置220は中間転写方式の電子写真装置であり、ハウジング400内において4つの電子写真感光体401a〜401d(例えば、電子写真感光体401aがイエロー、電子写真感光体401bがマゼンタ、電子写真感光体401cがシアン、電子写真感光体401dがブラックの色からなる画像をそれぞれ形成可能である)が中間転写ベルト409に沿って相互に並列に配置されている。
電子写真感光体401と、帯電ロール402と、現像装置404と、1次転写ロール410と、クリーニングブレード415と、によりトナー像形成部が構成される。
これにより、電子写真感光体401a〜401dの回転工程において帯電、露光、現像、1次転写、クリーニングの各工程が順次行われ、各色のトナー像が中間転写ベルト409上に重ねて転写される。
平均粒径8μmのPFA粒子(大粒径PFA)30部と平均粒径0.2μmのPFA粒子(小粒径PFA)70部とを110部の蒸留水に加え、回転羽根式攪拌機にて、30分間攪拌処理をしてフッ素樹脂塗料Aを調製した。
フッ素樹脂塗料Aをポリイミドシートサンプル(100x100mm)上に80μmの厚みにスプレー塗布後、80℃の乾燥炉で10分間乾燥してPFA乾燥膜を得た。このサンプルを実施例1A、実施例2Aでは、熱間静水圧加工装置(HIP)(三菱重工製)を用いて、それぞれ圧力:120MPa、温度:330℃、ピーク時間:10min、圧力:320MPa、温度:330℃、ピーク時間:10minの条件下で、処理を実施した。その結果、ポリイミドシート上に30μmのPFA膜が得られた。
得られたシート状サンプルについて、材料特性評価として、純水の接触角、表面粗さ、表面グロス、膜密度を測定した。各評価方法を下記に示し、また、その評価結果を表2に示す。
純水の接触角:協和界面科学(株)製表面接触角測定機を使用し、サンプル表面にイオン交換水の水滴を滴下し、その水滴とサンプル表面との接触角を側面より、測定した。
東京精密(株)製表面粗さ測定機を使用し、サンプル表面に測定子を荷重0.07gで接触させ、トラバーススピード0.03mm/secで2.5mm移動させて測定した。測定倍率は水平方向×50,垂直方向×5000に設定して、十点平均粗さ(Rz)を求めた。
Gardner(株)製マイクログロスメーターを使用し、サンプル表面にマイクログロスメーターを密着させ、入射/反射角:75°/75°の条件で測定した。
膜密度は、上述の方法により求めた。
フッ素樹脂塗料Aをポリイミドシートサンプル(100x100mm)上に80μmの厚みにスプレー塗布後、80℃の乾燥炉で10分間乾燥した。このサンプルを実施例3、実施例4では、熱間静水圧加工装置(HIP)(三菱重工製)を用いて、それぞれ圧力:120MPa、温度:360℃、ピーク時間:10min、圧力:320MPa、温度:360℃、ピーク時間:10minの条件下で、処理を実施した。その結果、ポリイミドシート上に28μmのPFA膜が得られた。表1に、実施例3A及び実施例4Aの製造条件をまとめて示す。
得られたシート状サンプルについて、材料特性評価として、純水の接触角、表面粗さ、表面グロス、膜密度を実施例1Aと同様にして測定した。その評価結果を表2に示す。
担体として、アルミニウム製の中空芯金コアを用意し、弾性体層としてシリコーンゴム組成物を0.8mmの厚さに被覆した後、このロール表面にフッ素樹脂塗料Aを80μmの厚みにスプレー塗布した。この加熱ロールを、熱間静水圧加工装置(HIP)(三菱重工製)を用いて、圧力:120MPa、温度:330℃、ピーク時間:10min、の条件下で、処理を実施した。その結果、PFA表面層(離型層;30μm)/シリコーンゴム弾性体層/コアで構成された加熱ロールが得られた。
基体として、ポリイミド(PI)製のエンドレスベルトを作成し、その表面にフッ素樹脂塗料Aを80μmの厚みにディップ塗布した。このエンドレスベルトを熱間静水圧加工装置(HIP)(三菱重工製)を用いて、それぞれ圧力:120MPa、温度:360℃、ピーク時間:10min、の条件下で、処理を実施した。その結果、PFA表面層(離型層;30μm)/PIエンドレス基材で構成された加圧ベルトが得られた。
担体として、アルミニウム製の中空芯金コアを用意し、弾性体層としてシリコーンゴム組成物を0.8mmの厚さに被覆した後、このロール表面にフッ素樹脂塗料Aを80μmの厚みにスプレー塗布した。この加熱ロールを熱風循環オーブンを用いて、温度:330℃、ピーク時間:10minの条件下で、処理を実施した。その結果、PFA表面層(離型層;32μm)/シリコーンゴム弾性体層/コアで構成された加熱ロールが得られた。
基体として、ポリイミド製のエンドレスベルトを作成し、その表面にフッ素樹脂塗料Aを80μmの厚みにディップ塗布した。このエンドレスベルトを熱風循環オーブンを用いて、温度:360℃、ピーク時間:10minの条件下で、処理を実施した。その結果、PFA表面層(離型層;32μm)/PIエンドレス基材で構成された加圧ベルトが得られた。
表3に実施例5A、実施例6A、比較例2A及び比較例3Aの製造条件をまとめて示す。また、実施例5A、実施例6A、比較例2A及び比較例3Aに係る加熱ロール及び加圧ベルトの純水の接触角、表面粗さ、表面グロス、膜密度を実施例1Aと同様にして測定した。その結果を表4に示す。
画像が定着された用紙の、定着トナー像のソリッド部のほぼ中央に、内側に折り目を入れて定着トナー像が破壊された部分をティッシュペーパーで拭い取り、白抜けした線幅を測定し、白抜けした線幅が0.2mm未満のものの割合が80%以上である場合、良好と評価した。
−剥離特性−
印字サンプル100枚中、ジャム(剥離不良)発生がない場合、良好と評価した。
−紙しわ−
印字サンプル100枚中、紙しわの発生がない場合、良好と評価した。
平均粒径8μmのPFA粒子(大粒径PFA)30部と平均粒径0.2μmのPFA粒子(小粒径PFA)70部とBaSO4(堺化学社製、BMH−60 平均粒径5μm)10部とを110部の蒸留水に加え、回転羽根式攪拌機にて、30分間攪拌処理をしてフッ素樹脂塗料Bを調製した。
<フッ素樹脂塗料Cの調製>
平均粒径8μmのPFA粒子(大粒径PFA)30部と平均粒径0.2μmのPFA粒子(小粒径PFA)70部とゼオライト(トヨビルダー製、平均粒径2μm)5部とを110部の蒸留水に加え、回転羽根式攪拌機にて30分間攪拌処理をしてフッ素樹脂塗料Cを調製した。
フッ素樹脂塗料Bをポリイミドシートサンプル(100x100mm)上に80μmの厚みにスプレー塗布後、80℃の乾燥炉で10分間乾燥してPFA乾燥膜を得た。このサンプルを実施例1B、実施例2Bでは、熱間静水圧加工装置(HIP)(三菱重工製)を用いて、それぞれ圧力:120MPa、温度:330℃、ピーク時間:10min、圧力:320MPa、温度:330℃、ピーク時間:10minの条件下で、処理を実施した。その結果、ポリイミドシート上に30μmのPFA膜が得られた。
得られたシート状サンプルを用いて実施例1Aと同様の評価を行った。その評価結果を表7に示す。
フッ素樹脂塗料Cをポリイミドシートサンプル(100x100mm)上に80μmの厚みにスプレー塗布後、80℃の乾燥炉で10分間乾燥した。このサンプルを実施例3B、実施例4Bでは、熱間静水圧加工装置(HIP)(三菱重工製)を用いて、それぞれ圧力:120MPa、温度:360℃、ピーク時間:10min、圧力:320MPa、温度:360℃、ピーク時間:10minの条件下で、処理を実施した。その結果、ポリイミドシート上に28μmのPFA膜が得られた。
得られたシート状サンプルを用いて実施例1Aと同様の評価を行った。その評価結果を表7に示す。
担体として、アルミニウム製の中空芯金コアを用意し、弾性体層としてシリコーンゴム組成物を0.8mmの厚さに被覆した後、このロール表面にフッ素樹脂塗料Bを80μmの厚みにスプレー塗布した。この加熱ロールを、熱間静水圧加工装置(HIP)(三菱重工製)を用いて、圧力:120MPa、温度:330℃、ピーク時間:10min、の条件下で、処理を実施した。その結果、PFA表面層(離型層;30μm)/シリコーンゴム弾性体層/コアで構成された加熱ロールが得られた。
基体として、ポリイミド製のエンドレスベルトを作成し、その表面にフッ素樹脂塗料Bを80μmの厚みにディップ塗布した。このエンドレスベルトを熱間静水圧加工装置(HIP)(三菱重工製)を用いて、それぞれ圧力:120MPa、温度:360℃、ピーク時間:10min、の条件下で、処理を実施した。その結果、PFA表面層(離型層;30μm)/PIエンドレス基材で構成された加圧ベルトが得られた。
担体として、アルミニウム製の中空芯金コアを用意し、弾性体層としてシリコーンゴム組成物を0.8mmの厚さに被覆した後、このロール表面にフッ素樹脂塗料Bを80μmの厚みにスプレー塗布した。この加熱ロールを熱風循環オーブンを用いて、温度:330℃、ピーク時間:10minの条件下で、処理を実施した。その結果、PFA表面層(離型層;32μm)/シリコーンゴム弾性体層/コアで構成された加熱ロールが得られた。
基体として、ポリイミド製のエンドレスベルトを作成し、その表面にフッ素樹脂塗料Bを80μmの厚みにディップ塗布した。このエンドレスベルトを熱風循環オーブンを用いて、温度:360℃、ピーク時間:10minの条件下で、処理を実施した。その結果、PFA表面層(離型層;32μm)/PIエンドレス基材で構成された加圧ベルトが得られた。
表8に実施例5B、実施例6B、比較例3B及び比較例4Bの製造条件をまとめて示す。また、実施例5B、実施例6B、比較例3B及び比較例4Bに係る加熱ロール及び加圧ベルトの純水の接触角、表面粗さ、表面グロス、膜密度を実施例1Aと同様にして測定した。その結果を表9に示す。
2 加圧ロール
3 記録材
4 未定着トナー
5 クリーニング装置
6 外部加熱装置
7 剥離爪
8 温度センサー
Claims (1)
- 基体と、前記基体上に設けられた平均粒径が異なる2種のフッ素樹脂粒子を焼結して得られた離型層と、を少なくとも有し、前記離型層の膜密度が98%以上であり、且つ前記離型層の膜厚が20〜60μmであるフッ素樹脂被覆部材の製造方法であって、基体上に平均粒径が異なる2種のフッ素樹脂粒子を少なくとも含むフッ素樹脂塗料を塗布する工程と、熱間静水圧加工装置を用いて前記フッ素樹脂粒子を融点以上の温度で加圧する工程と、を少なくとも有するフッ素樹脂被覆部材の製造方法。
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